Design-Expert設(shè)計(jì)優(yōu)化紅景天苷提取條件

龐紅霞，范桂強(qiáng)，王志杰，王悅，徐衛(wèi)霞，齊善厚

（1.河北省衡水市食品藥品檢測(cè)中心，河北衡水053000；2.衡水學(xué)院，河北衡水053000）

Design-Expert設(shè)計(jì)優(yōu)化紅景天苷提取條件

龐紅霞1，范桂強(qiáng)1，王志杰2，王悅2，徐衛(wèi)霞2，齊善厚2

（1.河北省衡水市食品藥品檢測(cè)中心，河北衡水053000；2.衡水學(xué)院，河北衡水053000）

利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件Design-Expert通過(guò)二次回歸設(shè)計(jì)得到紅景天苷提取量與提取溫度、提取時(shí)間、乙醇濃度關(guān)系的回歸模型，該模型能夠較好的預(yù)測(cè)紅景天苷提取量，在對(duì)影響紅景天苷提取量的關(guān)鍵因素及其相互作用進(jìn)行探討之后，得到優(yōu)化的提取工藝參數(shù)為：提取溫度11.4℃，提取時(shí)間12.14 h，乙醇濃度為82°（體積比），在此條件下，紅景天苷提取率為2.42%，與理論預(yù)測(cè)值相比，其相對(duì)誤差約為1%。

紅景天苷；響應(yīng)面；提取

高山紅景天（Rhodiola sachalinensis A Bor.），又名紅景天，庫(kù)頁(yè)紅景天，是景天科（Crassulaceae）、紅景天屬（Rhodiola）的多年生草本植物或亞灌木植物，是藥食兩用植物［1］。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)了紅景天的許多新的藥理作用，如抗疲勞、抗輻射、抗衰老等［2］，紅景天中的活性成分較多，也較為復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)20多種的紅景天進(jìn)行過(guò)分離、分析，已經(jīng)證實(shí)的具有明顯功效成分之一的為紅景天苷［3-4］，本研究以紅景天植物為原料，利用響應(yīng)面法對(duì)紅景天苷的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化研究。

1　材料與方法

1.1材料

乙醇（95%）、乙腈色譜純，（Tedia Company Inc.USA）；高山紅景天購(gòu)于吉林省安圖縣二道白河鎮(zhèn)；紅景天苷標(biāo)準(zhǔn)品（95%購(gòu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)網(wǎng)）。

1.2儀器

高效液相色譜：Agilent1100美國(guó)；旋蒸儀（型號(hào)：EV311）：萊伯泰科有限公司；電子天平：上海田宮稱重制造有限公司。

1.3方法

1.3.1高效液相色譜分析條件

色譜柱：ODS柱（4.6mm×250mm，5m，HPLCTechnology Ltd）；檢測(cè)波長(zhǎng)：280 nm；流動(dòng)相：乙腈/水（體積比）=1/9；柱溫：25，流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣量：10 μL。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立：精確稱取5 g紅景天苷標(biāo)準(zhǔn)品，用95%乙醇定于10 mL容量瓶中，搖勻、備用。分別配置不同濃度梯度的紅景天標(biāo)準(zhǔn)品，HPLC法分別測(cè)定吸光度值，重復(fù)3次，取平均值，制定標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到測(cè)定的回歸方程為：Y=2 131 620.354 3X-8 652.812 3，該回歸方程的R2=0.999 2，表明該紅景天苷溶液濃度與峰面積在相應(yīng)范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

1.3.2設(shè)計(jì)篩選紅景天苷提取的重要因素

正交設(shè)計(jì)僅能從試驗(yàn)預(yù)先設(shè)定的幾個(gè)水平中優(yōu)選組合，它得到的最佳工藝條件，并非真實(shí)意義的最佳條件，只能說(shuō)是理想條件，所以無(wú)法給出整個(gè)區(qū)域上因素的最佳組合的最優(yōu)值。響應(yīng)面分析法（RSM）是一種尋找多因素系統(tǒng)中最佳條件的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法。由于采用了合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，能以最經(jīng)濟(jì)的方式，用很少的實(shí)驗(yàn)數(shù)量和時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面研究，能在整個(gè)考察區(qū)域上確定各個(gè)因素的最佳組合及最優(yōu)響應(yīng)值。所以本實(shí)驗(yàn)將通過(guò)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化紅景天苷提取條件，為紅景天苷的工業(yè)提取提供理論參考。

采用Design-Expert8.0軟件中Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案［3］，根據(jù)前期試驗(yàn)研究結(jié)果，選取對(duì)紅景天苷較有影響的提取溫度、提取時(shí)間、乙醇濃度三因素三水平共15個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)（3個(gè)中心點(diǎn)）的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，運(yùn)用Design-Expert8.0軟件的RSREG（Response surface regression）程序?qū)?5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)值進(jìn)行回歸分析。表1為響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)表。

表1　響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平表Table 1The factors and levels of response surface for Grifola frondosa

2　結(jié)果與討論

2.1響應(yīng)面結(jié)果與分析

根據(jù)前期單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取最顯著的提取溫度、提取時(shí)間、乙醇濃度為實(shí)驗(yàn)因素，采用Box-Benhnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)紅景天苷提取條件進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，包括12個(gè)析因試驗(yàn)和3個(gè)中心試驗(yàn)。運(yùn)用Design-Expert8.0軟件中Box-Behnken程序?qū)?5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)值進(jìn)行回歸分析。15個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)可分為兩類(lèi)：其一是析因點(diǎn)，自變量取值在各因素所構(gòu)成的三維頂點(diǎn)，共有12個(gè)析因點(diǎn)；其二是零點(diǎn)，為區(qū)域的中心點(diǎn)，零點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)3次，用以估計(jì)試驗(yàn)誤差，以紅景天苷提取量為響應(yīng)值，經(jīng)回歸擬合后，確定函數(shù)表達(dá)式。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

該實(shí)驗(yàn)回歸方程為：

表2　Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及相應(yīng)結(jié)果Table 2Box-Behnken design and the experimental results

采用SAS RSREG程序?qū)Ρ?數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　回歸方程中回歸系數(shù)的估計(jì)值及方差分析Table 3Results of the Box-Behnken design regression analysis

該方程回歸顯著，模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)的平方即R2=99.51%，說(shuō)明回歸方程的擬合程度良好，失擬較小，可以用該方程代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分析。由表3中的P值可知道，方程中A、B、C、A2、B2、C2對(duì)Y值的影響達(dá)到極顯著水平，而方程中AC、BC影響顯著，表明實(shí)驗(yàn)因子對(duì)響應(yīng)值不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，二次項(xiàng)對(duì)響應(yīng)值也有很大的關(guān)系，這和模型回歸中的線性和平方項(xiàng)影響顯著相對(duì)應(yīng)。交互項(xiàng)系數(shù)均不顯著，所以交互作用的影響相對(duì)較小。失擬項(xiàng)的p=1.83，沒(méi)有顯著性影響，說(shuō)明數(shù)據(jù)中沒(méi)有異常點(diǎn)，不需要引入更高次數(shù)的項(xiàng)，模型適當(dāng)。

通過(guò)軟件分析，得到當(dāng)紅景天苷提取量最大時(shí)，A=0.14；B=0.07；C=0.20；從而分析得到紅景天苷提取的最佳工藝條件為提取溫度11.4℃，提取時(shí)間12.14h，乙醇濃度為820（體積比），此條件下，根據(jù)方程分析得到紅景天苷的提取量為2.356 3（%）；為檢驗(yàn)響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化提取條件進(jìn)行提取實(shí)驗(yàn)，實(shí)際測(cè)得的紅景天苷提取量為2.42%，與理論預(yù)測(cè)值相比，其相對(duì)誤差約為1%，因此，基于響應(yīng)曲面法所得的紅景天苷提取參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

2.2響應(yīng)面直觀分析

圖1～圖3直觀地給出了各個(gè)因子交互作用的響應(yīng)面的3D和等值線分析圖。從響應(yīng)面的最高點(diǎn)和等值線可以看出，在所選的范圍內(nèi)存在極值，既是響應(yīng)面的最高點(diǎn)，同時(shí)也是等值線最小橢圓的中心點(diǎn)。

圖1　提取時(shí)間和乙醇濃度對(duì)紅景天苷提取響應(yīng)面分析Fig.1The analysis on response surface from inoculum size and culture temperature

圖2　提取溫度和乙醇濃度對(duì)紅景天苷提取響應(yīng)面分析Fig.2The analysis on response surface from inoculum size and culture temperature

圖3　提取溫度和提取時(shí)間對(duì)紅景天苷影響響應(yīng)面分析Fig.3The analysis on nisin fermentation response surface from temperature and add the volume of sucrose

圖1顯示了當(dāng)提取溫度位于中心水平時(shí)，提取時(shí)間和乙醇濃度對(duì)紅景天苷提取量影響的響應(yīng)面和等高線圖。從圖中可以直觀地看出提取時(shí)間和乙醇濃的交互作用較強(qiáng)，因?yàn)榈雀呔€的形狀反映交互效應(yīng)的強(qiáng)弱大小，圓形表示2因素交互作用不顯著，而橢圓形則與之相反。并發(fā)現(xiàn)乙醇濃度軸向等高線變化密集，而提取時(shí)間軸向等高線的變化相對(duì)稀疏，故乙醇濃度對(duì)響應(yīng)值峰值的影響較提取時(shí)間影響大。

圖2顯示了當(dāng)提取時(shí)間位于中心水平時(shí)，提取溫度和乙醇濃度對(duì)紅景天苷提取量的影響的響應(yīng)面和等高線圖。由圖可知，提取溫度和乙醇濃度的交互作用不大。

圖3顯示了當(dāng)乙醇濃度位于中心水平時(shí)，提取溫度和提取時(shí)間對(duì)紅景天苷提取影響的響應(yīng)面和等高線圖。結(jié)果表明，提取溫度的等高線較為密集，而提取時(shí)間較為稀疏，表明提取溫度的影響較大，而提取時(shí)間影響不明顯。

3　結(jié)論

紅景天苷為紅景天中的主要活性物質(zhì)之一，具有抗缺氧、抗疲勞、抗輻射等多重功效，在前期單因素研究基礎(chǔ)上，采用Design-Expert8.0軟件中Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)紅景天苷進(jìn)行提取條件優(yōu)化研究，結(jié)果得到當(dāng)紅景天苷提取量最大時(shí)，A=0.14；B=0.07；C=0.20；從而分析得到紅景天苷提取的最佳工藝條件為提取溫度11.4℃，提取時(shí)間12.14 h，乙醇濃度為82°（體積比），此條件下，根據(jù)方程分析得到紅景天苷的提取量為2.356 3（%）；為檢驗(yàn)響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化提取條件進(jìn)行提取實(shí)驗(yàn)，實(shí)際測(cè)得的紅景天苷提取量為2.42%，與理論預(yù)測(cè)值相比，其相對(duì)誤差約為1%，因此，基于響應(yīng)曲面法所得的紅景天苷提取參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

［1］鄒曉麗．長(zhǎng)白山紅景天配伍FDP抗疲勞作用實(shí)驗(yàn)研究［D］．哈爾濱：東北師范大學(xué)，2008

［2］陶貴榮，趙銀萍，齊建，等．不同地區(qū)紅景天植物紅景天苷含量比較研究［J］．西北植物學(xué)報(bào)，2010，30（9）：1902-1905

［3］李穎，厙守權(quán)，劉剛，等．發(fā)酵紅景天中紅景天苷的含量測(cè)定［J］．延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)學(xué)報(bào)，2013，36（4）：271-273

［4］楊連梅，胡榮，齊文，等．藏藥狹葉紅景天化學(xué)成分研究［J］.中國(guó)藥劑學(xué)，2011，20（5）：154-158

Study on Extraction of Salidroside by Design-Expert Method

PANG Hong-xia1，F(xiàn)AN Gui-qiang1，WANG Zhi-jie2，WANG Yue2，XU Wei-xia2，QI Shan-hou2
（1.Hengshui Municipal Food and Drug Inspection and Testing Center，Hengshui 053000，Hebei，China；2.Hengshui College，Hengshui 053000，Hebei，China）

The regression model，related to the amount of extraction of salidroside，extracting temperature，extracting time，ethanol concentration was obtained by using Design-Expert experimental design software through quadric regression design.The regression model would be a fairly reliable forecast for extraction of extraction of salidroside.The optimized extraction parameters were obtained as follows：extraction temperature 11.4℃，extracting time 12.14 h，ethanol concentration 82°（v/v）.Under the conditions，the extraction amount of salidroside reached 2.42%，the relative error of about 1%Comparing with the theoretical predictions.

salidroside；responsesurface；extracting

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.13.019

2015-04-20

衡水市科技局指令性課題（編號(hào)：14032）

龐紅霞（1977—），女（漢），主管藥師，本科，主要從事化學(xué)藥品檢測(cè)檢驗(yàn)研究。